CN1808510A - 仪表系统中的基于网络触发 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于在仪表系统中执行基于网络的触发的技术，该技术使得仪表能够在没有硬连线的触发线路的情况下有效地用信号通知事件。根据本教导的仪表系统包括耦合到局域网的第一仪表和第二仪表。第一仪表能够响应于由第二仪表用信号通知的事件来执行动作。第二仪表通过经由局域网传送触发消息来用信号将事件通知给第一仪表。

Description

仪表系统中的基于网络触发
技术领域
本发明涉及仪表系统(instrument system)中的基于网络触发。
背景技术
仪表系统可以包括多个仪表的布置，每个仪表适于执行属于被关注的设备或系统或环境的一个或多个功能。仪表系统中的仪表的示例包括测量仪表、执行机构(actuator)仪表、应用控制器、计算设备、以及执行这些功能的组合的仪表。
在仪表系统中，通常与一个仪表相关联的动作取决于与另一个仪表相关联的事件。例如，在测试和测量系统中，将由执行机构仪表提供的激励通常取决于由测量仪表获得的测量结果。因此，仪表系统可以包括如下机制：该机制用于在仪表间用信号通知事件，以使得可以采取适当的动作。
在仪表系统中用信号通知事件的一类机制采用被布线在仪表之间的硬连线的触发线路。例如，检测到事件的仪表可以通过在其触发外出线路上生成触发信号来用信号将该事件通知给其他仪表。其他仪表可以经由其触发进入线路接收到该触发信号，并且在响应中执行适当的动作。
遗憾地是，在包括了用于在仪表间进行一般通信的局域网(LAN)的仪表系统中，采用硬连线的触发线路的用于用信号通知事件的机制可能具有各种缺点。例如，触发线路所需要的额外导线可能增加该仪表系统的成本。另外，额外导线增加了由于触发线缆的错误连接或缺失而导致错误的可能性。此外，硬连线的触发线路可能无法以允许简单的系统重配置的方式而受控于系统软件。最后，硬连线的触发线路可能只提供有限数量的事件信息，例如，单个位的信息。
发明内容
本发明公开了用于在仪表系统中执行基于网络的触发的技术，该技术使得仪表能够在没有硬连线的触发线路的情况下有效地用信号通知事件。根据本教导的仪表系统包括耦合到局域网的第一仪表和第二仪表。第一仪表能够响应于由第二仪表用信号通知的事件来执行动作。第二仪表通过经由局域网传送触发消息来用信号将事件通知第一仪表。本发明还公开了用于处理传送触发消息时的等待时间的技术，其中包括第一和第二仪表的内部体系结构以及系统待命。
从下面的详细描述将清楚本发明的其他特征和优点。
附图说明
针对本发明的具体示例性实施例并且相应地参考附图描述了本发明，在附图中：
图1示出了根据本教导的包括了基于网络的触发的仪表系统；
图2示出了一个实施例中的触发消息中的一组资格(qualifying)信息；
图3示出了根据本技术在基于网络的触发中采用的仪表中的元件；
图4示出了可能在触发消息的传送中导致等待时间和抖动的网络交换机的元件；
图5示出了根据本技术的仪表系统，该仪表系统包括用于使基于网络的触发的等待时间最小化的待命状态和非待命状态。
具体实施方式
图1示出了根据本教导的仪表系统100，其包括基于网络的触发。仪表系统100包括执行属于被关注对象30的功能的一组仪表20～24。仪表20～24经由LAN通信，该LAN包括一组网络通信线路50～54和一个网络交换机40。在一个实施例中，网络通信线路50～54和网络交换机40符合以太网标准。
仪表20～24测量变量和/或经由相应的输入/输出信道130～134的集合向被关注对象30提供激励。被关注对象30可以是被关注的任何设备、系统或环境。例如，被关注对象30可以是测试和测量系统中的被测设备。
仪表20～24通过生成触发消息并且经由LAN传输这些触发消息而在仪表系统100中用信号通知事件。例如，仪表20通过生成触发消息60并且经由网络通信线路50和网络交换机40将触发消息60传输到仪表22和24，从而用信号通知事件。
触发消息60包括一组资格信息70。资格信息70使触发消息60的接收者(例如仪表22和24)能够确定对触发消息60的适当的响应。接收者对触发消息60的示例性响应包括执行动作或忽略该触发消息60。
在一个实施例中，在分组中携带触发消息60，该分组包括被保留用于指定触发消息的目的地地址。包括仪表20～24和网络交换机40在内的仪表系统100中的所有设备都能够识别所保留的触发消息的目的地地址。每个独立的设备决定如何处理触发消息，例如，执行动作、忽略该消息、转储清除输出队列、抑止其他流量等。
仪表系统100的体系结构可以被看作提供了部分发生在LAN中的软实时和硬实时之间的边界。该边界部分发生在LAN中，是由于触发消息60的定时与满足硬实时规范相关。仪表22～24中的一个或多个(例如仪表20)可以包括两个真实的或虚拟的LAN输入，一个用于硬实时而另一个用于软实时。另外，网络交换机40可以被配置为提供虚拟LAN，该虚拟LAN可以被用来实现对触发消息的高优先级。
图2示出了一个实施例中的资格信息70。资格信息70包括导致生成触发消息60的事件的标识符72。标识符72例如可被接收者用来确定要响应于触发消息60执行的适当动作，或者用来确定是否忽略触发消息60。例如，如果标识符72指定与仪表22的功能不相关的事件，则仪表22可以忽略触发消息60。
资格信息70包括时间戳74，其指定导致触发消息60的事件的时间。时间戳74可被接收者用来确定是执行动作还是忽略触发消息60。例如，如果标识符72指定与仪表22的功能相关的事件，但是时间戳74指定与仪表22的功能不相关的时间，则仪表22可以忽略触发消息60，即，不采取动作。仪表22可以选择取决于时间戳74的值的动作，或者执行取决于时间戳74的值的计算。
资格信息70包括一组应用上下文专用信息76。应用上下文专用信息76可以包括任何下述信息：该信息可以被接收者用于确定响应于触发消息60是执行动作还是不执行动作。
仪表22和24对触发消息60的响应可以是在接收到触发消息60后尽可能快地执行被编程的响应。
可以导致仪表20生成触发消息60的事件的一个示例是在仪表20的输入/输出信道130上检测到信号。在这个示例中，该事件代表仪表20外部发生的事情，例如与被关注对象30中的状态改变相关联的事件。
可以导致仪表20生成触发消息60的事件的另一个示例是越过由仪表20测量或监控的变量的阈值。该变量可以在仪表20的内部，例如线路电压，也可以在仪表20外部，例如被关注对象30的属性。
可以导致仪表20生成触发消息60的事件的另一个示例是满足多个变量的逻辑条件。这可以例如发生在如下的逻辑分析仪中：在该逻辑分析仪中，利用被定义为多个布尔变量(例如属于被关注对象30的变量)的布尔表达式的事件来监控这多个布尔变量。
可以导致仪表20生成触发消息60的事件的又一个示例是由控制程序发出的命令。在这种情形中，该事件可以是监督测试程序的一部分，或者可以例如指示何时开始试验。
检测到对应于触发消息60的事件和触发消息60的接收者的响应之间的等待时间可能是仪表系统100满足期望规范的能力的一个限制因素。但是，在多种情形中该等待时间可以被克服。
如果响应于触发消息60要采取的动作是被指定发生在该事件后的一定时间间隔处的执行动作，例如，建立物理世界中的改变，则出现一种使等待时间可以被克服的情形。这种动作的一个示例是在利用触发消息60用消息通知了事件之后100毫秒时，改变施加到被关注对象30的电压。如果100毫秒的时间间隔比将触发消息60传送到接收者的等待时间长，则因果性约束得到了满足。触发消息60的接收者(例如仪表22)可以使用时间戳74而在用时间戳74指定的时刻之后100毫秒时将电压施加到被关注对象30。
如果响应于触发消息60要采取的动作是对感兴趣的变量进行非破坏性的测量，则出现另一种等待时间可以被克服的情形。在这种情形中，仪表可被配置用于连续测量感兴趣的变量，并且将测量结果存储到环形缓冲区中。可以响应于环形缓冲区的容量来选择测量速率，以使得在接收到触发消息60时，在等于传送触发消息60的等待时间的时间量之前的过去时间中获得的测量结果将被存储到环形缓冲区中。环形缓冲区机制也使得在下述情形中等待时间能够被克服：该情形需要在对应于触发消息60的事件之后并在另一事件之前的时间间隔内的测量结果的集合。环形缓冲区可以被实现为使每个缓冲区条目都包括序列号或时间戳，该序列号或时间戳使该环形缓冲区的内容能够与在触发消息60中指定的相应的序列号或时间戳集邮相关(post collection correlation)。时间戳或序列号必须在整个仪表系统100中一致。事件的时间戳可以被包括在触发消息60中，或者其可以经由随后将由触发消息60的接收者或环形缓冲器的内容的接收者发起的独立的消息传送。
图3示出了根据本技术，在基于网络的触发中采用的仪表20中的元件。仪表22～24可以包括类似的元件。仪表20包括包括用于网络通信的机制，它们包括一组应用代码120、协议栈122、媒体访问控制器124和到网络通信线路50的物理接口126。
仪表20包括前端电路110，其用于处理与仪表20相关联的事件，包括由仪表20检测出的事件，以及对经由LAN上的触发消息由其他仪表用信号通知的事件的响应。前端电路110包括事件检测器/发生器112。事件检测器/发生器112响应于在输入/输出信道130上的测量信号(例如与被关注对象30相关的测量信号)而生成事件信号150。事件信号150激活触发发生器114。触发发生器114在响应中生成触发消息60，以经由网络通信线路50传输。
触发发生器114将触发消息60直接提供给媒体访问控制器124，以经由网络通信线路50传送，从而避免在触发消息60由应用代码120生成并且通过协议栈122向下发送的情况下会发生的等待时间和抖动。在一个实施例中，触发发生器114包括存储器，其存储响应于事件信号150而预先组装并等待去往媒体访问控制器124的包含触发消息60的分组。应用代码120可以预先组装该分组，并且触发发生器114可以将相关信息插入到分组中，例如事件标识符、时间戳、上下文专用信息等。在一个实施例中，触发发生器114使媒体访问控制器124抑止其他未决外出分组的传输，直到触发消息60已被发送之后。
仪表20包括触发检测器116，其检测通过物理接口126经由网络通信线路50接收到的进入触发消息。触发检测器116通过检查每个进入分组的前序部分和目的地地址部分来检测进入触发消息。触发检测器116在识别出进入触发消息时也可以检查该进入触发消息中的资格信息，以确定是否忽略该进入触发消息。触发检测器116将进入触发消息提供给前端电路110中的触发响应电路118。触发响应电路118执行对该进入触发消息的响应。
在一个实施例中，触发检测器116和触发响应电路118包括待命状态和非待命状态。在待命状态中，下一进入触发消息将激活触发检测器116和触发响应电路118。在非待命状态中，进入触发消息的接收将不产生影响。
图4示出了可能在传送触发消息时导致等待时间和抖动的网络交换机40的元件。所示实施例中的网络交换机40包括输入队列140、背板142和输出队列144。输入队列140在背板142空闲之前保存进入消息。与输出队列144的等待时间相比，背板142中的等待时间可能较小。例如，如果输出队列144保存多个具有相同目的地的分组，则其可能加入高的等待时间。在一个实施例中，网络交换机40被预配置为将触发消息路由到指定的目的地(例如基于MAC地址)，以避免IP处理及其关联的延迟。
图5示出了根据本技术的仪表系统100的实施例，其包括待命状态和非待命状态，它们被提供来使基于网络的触发的等待时间最小化。待命消息62被用来使仪表系统100处于待命状态。在所示实施例中，控制器60(例如应用控制器)通过生成待命消息62并经由网络通信链路56将其传送到网络交换机40和仪表20～24来使仪表系统处于待命状态。在其他实施例中，仪表20～24中的一个或多个可以生成待命消息62。仪表系统100可以在生成了触发消息之后或者在超时间隔之后自动返回到非待命状态。
在待命状态中，仪表20～24中的触发发生电路可被用于内部事件或外部事件的即时激活。例如，仪表20中的事件检测器/发生器112和触发发生器114在待命状态中可被用于仪表20的外部事件或内部事件的即时激活。另外，在待命状态中，从仪表20～22外出的网络流量被抑止，以防止传送触发消息时的延迟。在仪表20中，例如，在待命状态中，从协议栈122外出的网络流量被抑止，以防止在需要其发送由触发发生器114生成的触发消息时对媒体访问控制器124的争用。在接收到待命消息时，已在处理中的消息可以被优先占用(preempt)。
另外，待命消息62可能导致网络交换机40优先占用或转储清除输出队列144。这使得在网络交换机40中处理触发消息的延迟最小。如果在待命状态的同时，进入网络交换机40的其他网络流量想去往触发消息的目的地设备，则这些网络流量可以在其输入时被排队，或者在其输出时被优先占用。
可以共享网络通信线路50～56的诸如转发器之类的其他设备在待命状态期间抑止传输。
仪表20～24在待命状态时接收的唯一类型的分组是触发消息。如果应用只要求不具有资格信息的单一类型的触发消息，则仪器可以激起触发消息的第一前序位，从而节省解码时间。如果应用允许多种类型的触发消息，则可由单个仪表管理争用。另外，如果发生争用，则网络交换机40可被配置为区分多种类型的触发消息的优先级。
本发明的前述详细说明被提供是为了举例说明，而不是要穷尽或者将本发明限制于所公开的准确实施例。因此，本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (19)

1.一种仪表系统，包括：
耦合到局域网的第一仪表，所述第一仪表能够响应于事件执行动作；
耦合到局域网的第二仪表，所述第二仪表通过经由所述局域网传输触发消息而用信号将所述事件通知所述第一仪表。
2.如权利要求1所述的仪表系统，其中，所述触发消息包括一组资格信息，其使得所述第一仪表能够确定是否执行所述动作。
3.如权利要求1所述的仪表系统，其中，所述触发消息包括一组资格信息，其使得所述第一仪表能够确定是否忽略所述触发消息。
4.如权利要求l所述的仪表系统，其中，所述动作包括被指定发生在所述事件后的一定时间间隔处的行动。
5.如权利要求1所述的仪表系统，其中，所述动作包括在所述第一仪表接收到所述触发消息时测量变量，以使所述测量结果被保持在所述第一仪表的环形缓冲区中。
6.如权利要求1所述的仪表系统，其中，所述触发消息包括被保留用于在整个所述仪表系统中用信号通知所述事件的目的地地址。
7.如权利要求1所述的仪表系统，其中，所述第二仪表包括触发发生器电路，该电路用于响应于所述事件生成所述触发消息，以使所述触发发生器将所述触发消息提供给在所述第二仪表中的媒体访问控制器，以经由所述局域网传送。
8.如权利要求1所述的仪表系统，其中，所述第二仪表包括触发发生器电路，其响应于所述事件访问预组装的触发消息，并且将所述预组装的触发消息提供给所述第二仪表中的媒体访问控制器，以经由所述局域网传送。
9.如权利要求1所述的仪表系统，其中，所述第一仪表包括触发检测器，其获得所述从物理接口到所述局域网的触发消息。
10.如权利要求1所述的仪表系统，还包括如下设备：该设备通过生成待命消息而使所述仪表系统处于待命状态，从而使得当处于所述待命状态中时，所述第二仪表优先占用除了所述触发消息外的去往所述局域网的外出流量。
11.如权利要求10所述的仪表系统，还包括具有外出队列的网络交换机，以使所述网络交换机响应于所述待命消息而转储清除所述输出队列。
12.一种用于在仪表系统中用信号通知事件的方法，包括：
响应于所述事件生成触发消息，并且经由局域网传送所述触发消息；
响应于所述触发消息执行对应于所述事件的动作。
13.如权利要求12所述的方法，其中，执行动作包括响应于所述触发消息中的一组资格信息来确定是否执行所述动作。
14.如权利要求12所述的方法，还包括响应于所述触发消息中的一组资格信息来确定是否忽略所述触发消息。
15.如权利要求12所述的方法，其中，执行动作包括执行被指定发生在所述事件后的一定时间间隔处的行动。
16.如权利要求12所述的方法，其中，执行动作包括缓冲变量的一组测量结果，并且响应于所述触发消息获得所述测量结果之一。
17.如权利要求12所述的方法，其中，生成触发消息包括生成具有目的地地址的所述触发消息，所述目的地地址被保留用于在整个所述仪表系统中用信号通知事件。
18.如权利要求12所述的方法，其中，生成触发消息包括响应于所述事件访问预组装的触发消息。
19.如权利要求12所述的方法，还包括使所述仪表系统处于待命状态中，所述待命状态优先占用除了所述触发消息外的其他去往所述局域网的流量。
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